Semiconducteur homogène à l'équilibre.

Objectifs

Semiconducteur de type "N".

Semiconducteur de type "P".

Dopage des semiconducteurs.

Conclusions Exercices.


Semiconducteur homogène à l'équilibre : 5.4 Dopage des semiconducteurs.

boule Dopage : action  d'incorporer des impuretés (dopant) de nature et en quantité contrôlées.

boule La Diffusion et l'implantation ionique (ion implantation) sont  les procédés les plus importants de dopage en technologie des composants semiconducteurs.

boule La densité maximum d'impuretés que l'on peut introduire dans un semiconducteur est imposée par la solubilité limite de l'impureté (par exemple 1021 cm-3 pour l'arsenic dans le silicium). Elle fixe la résistivité minimum du matériau dopé.

boule La densité minimum est fixée par les possibilités de raffinage du matériau (par exemple 1013 cm-3  pour le bore dans le silicium). Elle fixe la résistivité maximum du matériau raffiné.

5.4.1 Dopage des semiconducteurs du groupe IV.

boule Les semiconducteurs du groupe IV (Si, Ge) sont dopés "N" par les éléments de la colonne V et dopés  "P" par les éléments de la colonne III.

Énergie d'ionisation (eV) des impuretés dans Si et Ge

Impureté

Si

Ge

Comportement Type

Donneur

P

As

0.044

0.049

0.012

0.013

Accepteur

B

Ga

0.045

0.065

0.010

0.011

5.4.2 Dopage des semiconducteurs III-V.

boule Les phénomènes sont beaucoup plus complexes : prenons le cas de l'arséniure de gallium (GaAs) :  le dopage de fait le plus souvent avec le silicium pour le type "N" et le béryllium pour le type "P".

boule Les éléments de la colonne VI  en substitution aux  atomes d'arsenic dopent "N"

boule Les éléments de la colonne II en substitution aux atomes de gallium dopent "P"

boule Les élément de la colonne IV dopent "P" ou "N" suivant qu'ils se substituent  à un atome d'arsenic ou à un atome de gallium.

Énergie d'ionisation (eV) des impuretés dans GaAs
Colonne du tableau

de classification

II

IV

VI

Éléments

Be

Si

Ge

S

Se

Type " N"

0.0058 0.0061 0.0061 0.0059

Type "P"

0.028 0.035 0.040

5.4.3 Semiconducteurs compensés.

boule En pratique, souvent les semiconducteurs contiennent simultanément des atomes donneurs (densité ND) et des atomes accepteurs (densité NA). On montre facilement (voir exercices) que si ND > NA, le semiconducteur est de type "N", et si  ND < NA, le semiconducteur est de type "P"

boule Dans le cas particulier où ND = NA (condition obtenue par compensation des impuretés résiduelles)

n = p = ni

La densité des porteurs est celle du semiconducteur intrinsèque. La résistivité est alors très importante, le matériau est presque isolant : on parle alors d'un semiconducteur compensé ou semi-isolant.

Liens sur la technologie des semiconducteurs

lunettewwwLa salle blanche virtuelle ( Georgia Institute of Technologie)

araignée Constante de MURPHY : Un objet sera abîmé proportionnellement à sa valeur.


Semiconducteur homogène à l'équilibre.

Objectifs

Semiconducteur de type "N".

Semiconducteur de type "P".

Dopage des semiconducteurs.

Conclusions Exercices.


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serveur eudil Dernière mise à jour : le 6 février, 2001 Auteur : Bernard BOITTIAUX